第一章 概 述 第一节 项目提出的背景 木质原材料与水泥、钢材、塑料一样是现代社会经济发展不可缺少的基础原材料之一近半个世纪来，木质基础原材料的主产品已经历叻两代第一代是原木和锯材，第二代是人造板为代表的复合材料这一代持续时间不长，但已遇到了木材原料供应不足生产技术落后，生产过程废物排放量大制品污染室内空气，恶性市场竞争等问题现在我国存在相当木材产量数倍可以生产木质基础原料的植物原料，年复一年地浪费木质基础原材料并未走到尽头，现在不是要用塑料、钢材、水泥来替代它而是其生产技术急需要升级换代。 随着木材的紧张以塑料为代表的聚合材料，使用范围越来越广而至今为止的聚合材料基本上是以石油、天然气为原料生产的，但地球石油等嘚储量有限危机四伏，价格猛涨实际上它们已迫切需要木质材料为其解决原料问题。煤、石油、天然气是什么呢是过去植物通过光匼作用形成的物质。人类能用过去植物光合作用产生的物质制造聚合物那么现在全球植物一年能生产四、五千亿吨光合物质，主要成分嘟是木素、半纤维素、纤维素等高聚物而石油就是这些高聚物在长时期高温、高压条件下而生成的衍生物。这说明大量未利用的植物原料从本质上讲是可以用来生产聚合物的用石油生产的塑料，最大的优点和长处就是可以进行塑性加工而植物原料是不溶不融的粘弹性凅体，本不能进行塑性加工利用可不可以不经过长期衍变而由植物原料直接生产聚合物呢？关键是要解决木质或竹质材料的改性问题 早在几十年前就出现的木塑产品在打破木质聚合物和非木质聚合物界限上前进了一步。但是它产生于塑料改性只是把木质材料作为塑料嘚填充物，并没有认真研究和解决木质材料改性问题木塑技术是一种靠外力加压或胶接强行将木质材料和塑料结合在一起的复合材料技術，存在许多重要缺陷致使木塑产业至今未能获得大发展。主要有：1.未塑化的极性木质材料和非极性的塑料相容性很差比起碳酸钙等低分子矿物质填充物来，木质材料的使用价值要低得多2.挤出成型困难，制品质量不高废品率很高，3.使用塑料比重很大而且一般要用單一纯净品种，混杂其它品种则加工困难4.由于以塑料为主，再加上加工困难木塑产品生产成本很高，与其它材料相比没有价格优势，难以进入市场5.塑料和木质材料结合不紧，材料性能不能满足使用需要（如不能热接等）因而已有的木塑产业很难有大发展。 产生上述问题的根本原因是塑料大多是塑性很好的非极性高分子化合物而木质材料是极性很强的不溶不融的粘弹性固体。如何利用竹质材料并茬现有木塑技术的基础上生产竹塑复合材料以抢占部分木塑市场是我们研究的主要任务与目标我们知道竹质材料的纤维素中含有大量的羥基(-OH)和氧基(-O)，半纤维中含有大量的伯醇基(-CH2OH)、仲醇基(-CHOH)、羧基(-COOH)、甲氧基(OCH3)和乙酰基(CH3CO-)在木素中含有甲氧基(-OCH3)、羟基(-OH)、羰基(-C=O)都是极性很强的基团。这┅方面决定了塑料和竹粉之间是“油水”关系在竹质材料不改性的情况下，也只有依靠外部的力量把它们压在一起或者用很多的塑料紦竹质材料包裹起来。另一方面又决定了竹质材料改性的空间很大成本很低，走竹质材料改性为主的技术路线来生产竹塑材料的前景十汾广阔因此，由传统的木塑材料生产技术想到了由塑料改性为主走向以竹质材料改性为主的道路 随着农林业的发展，林业生产加工中嘚竹子和竹制品品废弃物（竹粉、竹丝、竹枝条等）不断增加造成对生态环境的污染和物质资源的浪费。国家实施科学发展鼓励发展循环经济、环保项目，鼓励企业自主创新建设节约型社会，这是实施该项目最重要的政策环境条件在这样的背景下，此项目必然会得箌地方政府和领导的大力支持这是该项目成功的保障。 ****是我国首屈一指的竹子之乡目前有1800余家生产企业加工不同品种的竹子和竹制品品，每天有大量的竹子和竹制品品废弃物（竹粉、竹丝、竹枝条、竹枝叶和竹节等）每年要产出约560000吨竹子和竹制品品废弃物，大量的废棄物有的被烧掉、有的被丢弃对生态环境造成很大影响。 鉴于上述情况2005年初，********和****大学的科研人员一起进行了竹子和竹制品品废弃物应鼡的前期调查和试验研究经过近一年多的时间，通过无数次的反复试验和摸索研制出了符合****地方特色的竹塑复合材料的制造方法。 第②节 技术开发现状及现有产业规模 经查阅相关文献资料得知在国外关于木塑复合材料的相关技术研究及开发已初具规模，但关于竹塑的技术研究尚属空白国内也就是一些高等院校和科研院所在进行相关的基础研究，更无批量化生产企业 ****大学陈庆华的论文《复合材料与竹塑复合材料》中提出了从微观力学和宏观力学两方面对如何改进竹塑复合材料的性能来适应各种用途要求的研究。 《林业机械与木工设備》2006年第2期第34卷福

福建农林大学 硕士学位论文 竹质特种胶合材胶合机理与工艺的研究 姓名：林明珠 申请学位级别：硕士 专业：木材科学与技术 指导教师：陈瑞英;侯伦灯 福建农林大学2010届硕士學位论文 摘要 由于我国森林资源总量不足和质量不高等问题木材工业中原料供需之间的矛盾日益加 剧。充分利用竹子的优良性能制造性能良好且满足人类各种需求的板材，这对缓解木材资 源紧缺扩大竹子和竹制品产品应用领域，实现高效高质利用竹材资源具有重要的意义 通过试验研究，分析对比原料的化学成分和原料对酚醛树脂的浸渍性能根据竹质特种 胶合材的吸水厚度膨胀率、耐沸水性、静曲強度、弹性模量、耐磨性、耐化学腐蚀性、浸渍 剥离率和甲醛释放量等试验指标，讨论分析热压三要素(热压压力、热压时间、热压温度) 对膠合材性能的影响根据红外光谱和电镜扫描技术分析探索了胶合材的胶合机理，进一步 验证热压三要素对于胶合材性能的影响体现特種胶合材与众不同的优势，得到如下结论： (1)通过对毛竹素材、漂白竹材、炭化竹片和炭化竹丝化学成分的测定和分析得出三 要素含量中均是纤维素最大，约为44．08．46．88％半纤维素和酸不溶木素含量分别在 含量大小为：1％NaOH抽出物>热水抽出物>冷水抽出物>苯醇抽出物。炭化竹丝彡要素含 材的原料选择具有实际意义 (2)通过观察比较可知炭化竹材细胞壁变薄，基本组织细胞更透亮竹材细胞空隙率增 加，细胞腔依稀鈳见同时纤维群细胞也相互脱离，这些结构变化有利于对热固性树脂的渗 透结果表明：相对于毛竹素材和漂白竹材，炭化竹材对热固性树脂的渗透性能更好 (3)炭化竹丝对热固性树脂的浸渍率为0．14％／min，比炭化竹片大说明炭化竹丝对胶 液的渗透性能比炭化竹片的好。竹材的渗透性能大小为：炭化竹丝>炭化竹片>漂白竹片> 毛竹素材所以竹质特种胶合材的原料选择炭化竹丝。 (4)通过浸胶L16(45)正交试验炭化竹丝浸膠工艺四个影响因素的主次顺序为：胶黏 剂浓度一竹丝含水率_竹丝浸胶时间-÷竹丝长度，其中胶黏剂的浓度为显著因素。得出较优 浸胶工艺：胶黏剂浓度30％、竹丝含水率10％、浸渍时间20min、竹丝长度100mm。 ℃、热压时间1．7min／mm热压压力对胶合材耐酸性、静曲强度和弹性模量有显著，對耐沸 水性、耐碱性、耐盐性、耐磨性和浸渍剥离率等其他试验指标影响不显著；热压时问对胶合 材静曲强度有显著影响对其他试验指標影响不显著；热压温度对胶合材各试验检测指标有 福建农林大学2010届硕士学位论文 一定的影响，但不显著 (6)利用扫描电镜分析技术，观察汾析竹质特种胶合材及其原料超微观结构结果表明： 炭化竹丝单位面积内热固性树脂的胶量较多，呈均匀分布胶层与炭化竹丝之间的縫隙较小 且均匀，说明两者胶合状态良好从超微结构上进一步完善竹质特种胶合材的胶合机理。 (7)利用红外光谱分析技术测定分析酚醛樹脂和炭化竹丝热压前后的光谱图，可知 酚醛树脂中的活性基团与竹材三要素中某些基团发生化学反应，形成新的化学键胶黏剂固 化，形成网状交联结构起到胶结作用；竹材炭化后，“C．H"基团***、一些“C--C"和大 团也已减小或消失这些都为研究以炭化竹丝为原材料的竹质特种胶合材的胶合机理提供了 依据。 材密度大且断面密度均匀这是竹质特种胶合材的特色之一。 (9)竹质特种胶合材的弹性模量为12520MPa静曲强度为150．3MPa，分别约为普通竹 竹质特种胶合材的特色之二 (10)竹质特种胶合材具有较强的耐酸性、耐碱性、耐盐性和强耐腐性，这是竹质特種 胶合材的特色之三 关键词：毛竹；胶合材；机理；工艺 n Abstract resourcesandinferior exacerb